CN101799338B - 具有对准系统的扭矩传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有对准系统的扭矩传感器，提供了一种扭矩传感器，其用于感测旋转轴中的扭矩。所述旋转轴构造成在轴壳体内旋转。传感器壳体具有第一端、第二端以及至少一个感测区。在所述旋转轴上布置至少一个目标区，其与所述至少一个感测区基本相对。在所述传感器壳体与所述旋转轴之间布置至少一个轴承构件，其用于限制所述传感器壳体与所述旋转轴之间的相对轴向运动并允许其间的相对旋转。第一弹性构件具有与所述传感器壳体的第一端接触的第一端以及与所述轴壳体的内壁接触的第二端。第二弹性构件具有与保持构件接触的第一端以及与所述传感器壳体的第二端接触的第二端。
Description
技术领域
本发明涉及扭矩传感器，更具体地涉及具有轴向对准系统的扭矩传感器。
背景技术
该部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，有可能构成或不构成现有技术。
通常理想的是确定旋转轴(转子)中相对于静止部件(定子)的扭矩。包括旋转轴和定子的典型应用为机动车辆中的自动变速器。在机动车辆应用中，依赖于发动机扭矩模式提供对机动车辆要求和操作者请求的正确适应发动机特性。
确定施加至变速器中的旋转轴的扭矩的优选方法包括采用非接触式扭矩传感器。常用扭矩传感器包括应变片、磁传感器或光传感器、磁弹性传感器、以及表面声波(SAW)传感器。这些扭矩传感器均测量诸如局部应变、角位移或磁场中由应变引起的变化之类的各种参数。通常，这些扭矩传感器具有两个部件。第一个部件通常称为传送器，第二个部件通常称为接收器。接收器通常联接至定子，传送器通常联接至旋转轴。在磁弹性传感器的情况下，通过接收器产生电流，施加在旋转轴上的扭矩以磁场形式传送回接收器，磁场然后被转换成估计扭矩。利用这些传感器确定扭矩量的一个重要元件已知，其控制传送器相对于接收器的轴向对准。
因此，上述扭矩传感器的一个局限性在于传送器相对于接收器的预计轴向对准差异可增大扭矩计算的误差幅度。自动变速器中的公差叠加和操作端隙会引起接收器和传送器的失准。而且，旋转轴与定子之间的系统公差通常未确切知晓，因此传送器相对于接收器的预计轴向对准将会是估计值。因此，在本领域中存在提供这样一种装置的需求，该装置降低传送器相对于接收器的预计轴向对准与传送器相对于接收器的实际轴向对准之间的误差。
发明内容
本发明提供一种扭矩传感器，其用于感测布置在轴壳体中的旋转轴上的扭矩。所述轴壳体具有内壁和开口端。
在本发明的第一方面中，传感器壳体至少局部围绕旋转轴。所述传感器壳体具有第一端、第二端以及至少一个感测区。在所述旋转轴上布置至少一个目标区，其与所述至少一个感测区基本相对。在所述传感器壳体与所述旋转轴之间布置至少一个轴承构件，其用于限制所述传感器壳体与所述旋转轴之间的相对轴向运动并允许其间的相对旋转。第一弹性构件具有与所述传感器壳体的第一端接触的第一端以及与所述轴壳体的内壁接触的第二端。第二弹性构件具有与所述传感器壳体的第二端接触的第一端以及与可连接至所述轴壳体的开口端的保持构件接触的第二端。
在本发明的另一方面中，在所述至少一个感测区中产生磁场。
在本发明的再一方面中，所述至少一个目标区包括布置在所述旋转轴上的磁致伸缩材料。
在本发明的再一方面中，所述至少一个轴承构件为滚针轴承。
在本发明的再一方面中，所述至少一个感测区为一对感测区，所述至少一个目标区为一对目标区，并且所述至少一个轴承构件为一对轴承构件。
在本发明的再一方面中，所述一对轴承构件布置在环形槽口中，所述环形槽口布置在所述传感器壳体的内径上，与所述传感器壳体的第一端和第二端相邻。
在本发明的再一方面中，所述一对目标区与所述一对轴承构件相邻。
在本发明的再一方面中，所述保持构件为布置在所述轴壳体的槽中的卡扣环。
在本发明的再一方面中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件为波形板。
在本发明的再一方面中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件为螺旋弹簧。
在本发明的再一方面中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件基本由橡胶构成。
在本发明的再一方面中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件基本由塑料构成。
本发明还提供一种扭矩传感器，该扭矩传感器用于感测旋转轴中的扭矩，其中所述旋转轴构造成在具有内壁和开口端的轴壳体内旋转，该扭矩传感器包括：传感器壳体，该传感器壳体至少局部围绕所述旋转轴，并具有第一端、第二端和一对感测区，其中在该对感测区中产生磁场；布置在所述旋转轴上的一对目标区，其中该对轴承构件包括磁致伸缩材料并与所述一对感测区基本相对；一对轴承构件，所述轴承构件布置在所述传感器壳体与所述旋转轴之间，用于限制所述传感器壳体与所述旋转轴之间的相对轴向运动并允许其间的相对旋转；第一弹性构件，该第一弹性构件具有与所述传感器壳体的第一端接触的第一端以及与所述轴壳体的内壁接触的第二端；以及第二弹性构件，该第二弹性构件具有与所述传感器壳体的第二端接触的第一端以及与可连接至所述轴壳体的开口端的保持构件接触的第二端。
在本发明的再一方面中，所述一对轴承构件为一对滚针轴承。
在本发明的再一方面中，所述一对轴承构件布置在环形槽口中，所述环形槽口布置在所述传感器壳体的内径上，与所述传感器壳体的第一端和第二端相邻。
在本发明的再一方面中，所述一对目标区与所述一对轴承构件相邻。
在本发明的再一方面中，所述保持构件为布置在所述轴壳体的槽中的卡扣环。
在本发明的再一方面中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件为波形板。
在本发明的再一方面中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件为螺旋弹簧。
在本发明的再一方面中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件基本由橡胶构成。
在本发明的再一方面中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件基本由塑料构成。
从这里提供的描述将清楚其它应用领域。应当理解，这些描述和具体实施例仅用于说明之目的而不意图限制本公开的范围。
附图说明
这里所述的附图仅用于说明之目的而不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是具有根据本发明原理的扭矩传感器系统的示例性定子和示例性旋转轴的立体图。
具体实施方式
以下描述在本质上是示例性的，并不意图限制本公开及其应用或使用。
参照图1，根据本发明原理的扭矩传感器系统10示出为具有示例性第一环形部件12和示例性第二环形部件14。第一环形部件12优选为旋转轴，不过在不背离本发明范围的情况下也可采用其它环形部件。第一环形部件12包括限定轴线17的轴向部16。轴向部16具有外表面18。第一环形部件12可绕轴线17旋转。第二环形部件14优选为轴壳体或其它变速器壳体构件的一部分，不过在不背离本发明范围的情况下也可采用其它环形部件。第二环形部件14包括限定孔21的内表面19。内表面19包括基本布置在垂直于轴线17的平面上的内壁20。第二环形部件14还包括开口端22，其与孔21连通并与内壁20相对布置。在第二环形部件14的内壁19中接近开口端22布置槽24。在槽24内具有保持构件26。在提供的实施例中，保持构件26为卡扣环。然而，应当理解，也可使用其它保持机构，并且可不需要槽24。第一环形部件12布置在第二环形部件14内，使得第一环形部件12的轴向部16至少局部位于第二环形部件14的孔21内。
扭矩传感器系统10可操作以检测第一环形部件12内的扭矩量，如以下更详细所述。扭矩传感器系统10包括传感器壳体30、轴向对准系统32、第一目标区34以及第二目标区36。第一目标区34和第二目标区36为磁致伸缩材料形成的固定至第一环形部件12的环。应当理解，在不背离本发明范围的情况下，第一目标区34和第二目标区36可具有各种其它构造，包括具有与其它类型的传感器一起使用的其它材料、构件或特征。第一目标区34固定至第一环形部件12的外表面18并围绕轴线17。第二目标区36位于第一目标区34附近。第二目标区36也固定至第一环形部件12的外表面18并围绕轴线17。应当理解，在不背离本发明范围的情况下，目标区的数量、目标区之间的间距以及目标区的尺寸可变。在提供的实施例中，第一目标区34和第二目标区36可操作成根据磁弹性传感器的操作原理改变感生磁场。
传感器壳体30包括至少一个传感器(未示出)，其检测第一环形部件12中的扭矩。传感器壳体30径向布置在第一环形部件12与第二环形部件14之间，并轴向布置在内壁20与保持构件26之间。传感器壳体30具有与内壁20相邻的第一端31以及与保持构件26相邻的第二端33。在传感器壳体30的内表面35上在第一端31处布置第一环形槽缝41。在传感器壳体30的内表面35上在第二端33处布置第二环形槽缝43。传感器壳体30具有与第一目标区34基本相对的第一感测区38。传感器壳体30还具有与第二目标区36基本相对的第二感测区40。第一感测区38和第二感测区40可操作成分别检测由第一目标区34和第二目标区36传送的信息。在提供的实施例中，第一感测区38和第二感测区40对应于绕传感器壳体30的周向相等隔开的四组磁场传感器线圈的轴向位置。然而，在不背离本发明范围的情况下，传感器壳体30无需完全围绕轴线17，并可容纳其它数量和其它类型的传感器。施加至第一环形部件12的扭矩对第一目标区34和第二目标区36内的磁致伸缩材料施加应力。该应力会改变从目标区34和36发出的磁场，使得输出表示施加至第一环形部件12的扭矩。第一感测区38和第二感测区40检测磁场中的变化。控制器(未示出)利用感测区38和40以及目标区34和36之间的预定轴向距离能够确定施加至第一环形部件12的扭矩。应当理解，在不背离本发明范围的情况下，在使用其它传感器类型时，第一环形部件12上的应力可以以不同方式(即，角位移或声波)改变目标区34和36的输出。
轴向对准系统32可操作成保持传感器壳体30相对于第二环形部件14的轴向位置。该轴向对准系统包括布置在第一环形部件12和传感器壳体30之间的第一滑动机构或第一轴承构件42以及第二滑动机构或第二轴承构件44。更具体地说，第一轴承构件42位于传感器壳体的第一环形槽缝41中。第二轴承构件44位于传感器壳体30的第二环形槽缝43中，第一轴承构件42和第二轴承构件44可操作成允许第一环形部件12相对于传感器壳体30旋转并向传感器壳体30传递轴向力。第一轴承构件42和第二轴承构件44轴向固定至第一环形部件12和传感器壳体30。在提供的实施例中，第一轴承构件42和第二轴承构件44为具有附连至传感器壳体30的外构件以及附连至第一环形部件12的内构件的滚针轴承。当第一环形部件12轴向运动时，力通过第一构件和第二构件传递而使传感器壳体30运动。然而，应当理解，在不背离本发明范围的情况下可使用其它类型和数量的滑动系统或轴承系统。
所述轴向对准系统还包括第一弹性构件46和第二弹性构件48。第一弹性构件46和第二弹性构件48基本上操作成通过摩擦力保持传感器壳体30旋转静止，同时在弹性构件46和48压缩时允许传感器壳体30轴向运动。第一弹性构件抵靠第二环形部件14的内壁20并抵靠传感器壳体30的第一端31。当传感器壳体30朝第一壁20轴向运动时，第一端31压缩第一弹性构件46以适应传感器壳体30朝内壁20的轴向运动。第二弹性构件48抵靠保持构件26以及传感器壳体30的第二端32。当传感器壳体30朝开口端22轴向运动时，第二端33压缩第二弹性构件48，以适应传感器壳体30朝保持构件26的轴向运动。第一弹性构件46和第二弹性构件48可以为任何合适的压缩构件，包括但不限于：螺旋弹簧、波形板、塑性构件和橡胶构件。在提供的实施例中，在装配扭矩传感器10时，第一弹性构件46和第二弹性构件48被压缩从而通过摩擦力将它们保持在期望位置。然而，第一弹性构件46可附连至内壁20或传感器壳体30的第一端31或二者上。在不背离本发明范围的情况下，第二弹性构件48可附连至保持构件26或传感器壳体30的第二端33或二者上。
当第一环形部件12沿轴线17运动时，力通过第一轴承构件42和第二轴承构件44传递至传感器壳体30。传感器壳体30上的力传递至第一弹性构件46或第二弹性构件48。其中一个弹性构件压缩，从而允许传感器壳体30沿着轴线17与第一环形部件12一起运动。当传感器壳体30和第一环形部件12一起运动时，第一感测区38保持与第一目标区34基本相对，第二感测区40保持与第二目标区36基本相对。因而，传感器壳体30内的传感器保持在操作所需的给定灵敏度公差内。应当理解，如以上认定的，可使用其它类型和数量的部件。
本发明的描述在本质上仅是示例性的，并且不背离本发明主旨的变型理应位于本发明范围内。这样的变型不应视为背离本发明的精神和范围。
Claims (21)
1.一种扭矩传感器，该扭矩传感器用于感测旋转轴中的扭矩，其中所述旋转轴构造成在具有内壁和开口端的轴壳体内旋转，该扭矩传感器包括：
传感器壳体，该传感器壳体至少局部围绕所述旋转轴，并具有第一端、第二端和至少一个感测区；
布置在所述旋转轴上的至少一个目标区，其中所述至少一个目标区与所述至少一个感测区基本相对；
至少一个轴承构件，所述轴承构件布置在所述传感器壳体与所述旋转轴之间，用于限制所述传感器壳体与所述旋转轴之间的相对轴向运动并允许其间的相对旋转；
第一弹性构件，该第一弹性构件具有与所述传感器壳体的第一端接触的第一端以及与所述轴壳体的内壁接触的第二端；以及
第二弹性构件，该第二弹性构件具有与所述传感器壳体的第二端接触的第一端以及与连接至所述轴壳体的开口端的保持构件接触的第二端。
2.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中在所述至少一个感测区中产生磁场。
3.如权利要求2所述的扭矩传感器，其中所述至少一个目标区包括布置在所述旋转轴上的磁致伸缩材料。
4.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中所述至少一个轴承构件为滚针轴承。
5.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中所述至少一个感测区为一对感测区，所述至少一个目标区为一对目标区，并且所述至少一个轴承构件为一对轴承构件。
6.如权利要求5所述的扭矩传感器，其中所述一对轴承构件布置在环形槽口中，所述环形槽口布置在所述传感器壳体的内径上，与所述传感器壳体的第一端和第二端相邻。
7.如权利要求5所述的扭矩传感器，其中所述一对目标区与所述一对轴承构件相邻。
8.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中所述保持构件为布置在所述轴壳体的槽中的卡扣环。
9.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中所述第一弹性构件和所述第二弹性构件为波形板。
10.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中所述第一弹性构件和所述第二弹性构件为螺旋弹簧。
11.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中所述第一弹性构件和所述第二弹性构件由橡胶构成。
12.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中所述第一弹性构件和所述第二弹性构件由塑料构成。
13.一种扭矩传感器，该扭矩传感器用于感测旋转轴中的扭矩，其中所述旋转轴构造成在具有内壁和开口端的轴壳体内旋转，该扭矩传感器包括：
传感器壳体，该传感器壳体至少局部围绕所述旋转轴，并具有第一端、第二端和一对感测区，其中在该对感测区中产生磁场；
布置在所述旋转轴上的一对目标区，其中该对目标区包括磁致伸缩材料并与所述一对感测区基本相对；
一对轴承构件，所述轴承构件布置在所述传感器壳体与所述旋转轴之间，用于限制所述传感器壳体与所述旋转轴之间的相对轴向运动并允许其间的相对旋转；
第一弹性构件，该第一弹性构件具有与所述传感器壳体的第一端接触的第一端以及与所述轴壳体的内壁接触的第二端；以及
第二弹性构件，该第二弹性构件具有与所述传感器壳体的第二端接触的第一端以及与连接至所述轴壳体的开口端的保持构件接触的第二端。
14.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中所述一对轴承构件为一对滚针轴承。
15.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中所述一对轴承构件布置在环形槽口中，所述环形槽口布置在所述传感器壳体的内径上，与所述传感器壳体的第一端和第二端相邻。
16.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中所述一对目标区与所述一对轴承构件相邻。
17.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中所述保持构件为布置在所述轴壳体的槽中的卡扣环。
18.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中所述第一弹性构件和所述第二弹性构件为波形板。
19.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中所述第一弹性构件和所述第二弹性构件为螺旋弹簧。
20.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中所述第一弹性构件和所述第二弹性构件由橡胶构成。
21.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中所述第一弹性构件和所述第二弹性构件由塑料构成。
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